石墨烯-聚苯胺復(fù)合中空微球的制備及電性能研究.pdf

1、隨著全球經(jīng)濟(jì)快速增長(zhǎng)，對(duì)能源的需求與日俱增，資源的消耗和環(huán)境的污染迫切的需要發(fā)展新的可信賴的可持續(xù)的能量?jī)?chǔ)存和轉(zhuǎn)換技術(shù)，例如:鋰離子電池(LIBs)、超級(jí)電容器(EC)等。電極材料是影響儲(chǔ)能設(shè)備性能的關(guān)鍵。石墨烯由于獨(dú)特的性能在儲(chǔ)能器件等領(lǐng)域有很大的應(yīng)用前景，但是實(shí)際比電容較低。聚苯胺(PANI)作為導(dǎo)電聚合物具有比電容高、成本低等優(yōu)點(diǎn)，但是由于其體積膨脹、破裂和收縮，導(dǎo)致循環(huán)壽命較差。將PANI和石墨烯相結(jié)合利用其協(xié)同效應(yīng)提高其比電容

2、和循環(huán)穩(wěn)定性被認(rèn)為是一種行之有效的方法。另外，三維的結(jié)構(gòu)，尤其是中空的結(jié)構(gòu)，可以有效的增加比表面、縮短傳質(zhì)傳荷的傳輸長(zhǎng)度。所以三維的石墨烯與聚苯胺復(fù)合材料在電極材料中有很大的應(yīng)用前景。
　　本課題首先利用反相懸浮和炭化過(guò)程制備了一種石墨烯炭球(GCS)，經(jīng)過(guò)硝酸處理使GCS表面帶上負(fù)電荷得到氧化石墨烯炭球(OGCS)，然后苯胺利用靜電作用力在GCS表面原位聚合得到不同反應(yīng)時(shí)間的GCS@PANI，最后氧化石墨烯(GO)在GCS@PA

3、NI微球表面靜電自組裝后還原得到一種具有多層結(jié)構(gòu)的石墨烯/聚苯胺中空復(fù)合微球(GCS@PANI@RGO)，復(fù)合微球的形態(tài)和微觀結(jié)構(gòu)通過(guò)掃描電子顯微鏡、X射線衍射、X射線能譜、傅里葉紅外光譜、X射線光電子能譜、熱重分析、氮?dú)馕摳降缺碚魇侄芜M(jìn)行表征分析，結(jié)果表明GCS@PANI-8具有最規(guī)整的結(jié)構(gòu)和晶型，而GCS@PANI@RGO具有良好的多層中空結(jié)構(gòu)，微球的直徑約為20μm，殼層的厚度約為4μm，且層與層之間存在多重的相互作用，如:靜電

4、相互作用、氫鍵和π-π共軛。這種制備空心微球的方法不需要模板的去除過(guò)程，降低了制備成本。
　　GCS@PANI@RGO復(fù)合微球的電化學(xué)性能通過(guò)循環(huán)伏安(CV)、恒電流充放電(GCD)及交流阻抗(EIS)來(lái)測(cè)試研究。首先，作為超級(jí)電容器電極材料，樣品GCS@PANI-8@RGGO在5mV s-1的掃描速率下1M H2SO4溶液中展現(xiàn)了一個(gè)最高的比電容446.19Fg-1和突出的循環(huán)穩(wěn)定性，在電流密度為2Ag-1時(shí)循環(huán)1000次，電容